武汉某大厦深基坑降水设计分析

余 小 国

(武汉地质勘察基础工程有限公司，湖北 武汉 430070)



武汉某大厦深基坑降水设计分析

余 小 国

(武汉地质勘察基础工程有限公司，湖北 武汉 430070)

以武汉某大厦深基坑工程为例，结合其场地地质条件，设计了基坑降水方案，分析了降水井的成孔工艺和技术要求，并评估了降水对周边地面沉降的影响，结果证明，该设计方案达到了预期的降水目标。

深基坑，降水方案，地面沉降，地质条件

0 引言

随着科学技术的进步和人类社会需要的增长，地下空间得到大量的开发。在地下水位较高的地区进行基坑开挖施工，极易产生流砂、管涌、坑壁土体坍塌等工程事故。为了保证此类地区的基坑施工安全和工程质量，必须进行基坑降水[1]。

1 工程概况

项目位于武汉市建设大道745号，该项目由1栋38层～55层塔楼及5层商业裙房(带3层地下室)组成，主楼设4层地下室。基坑内裙楼区开挖深度为-19.2 m，主楼区开挖深度为-21.2 m。地下室平面基本形状为方形，面积约10 655 m2。

本项目四周高楼大厦林立，还有高压线，燃气管道，输水管线，人行道等建筑设施。根据实际工程需求，地下室区及裙楼区基坑开挖至坑底时，承压水头需降至-19.2 m以下，主楼区基坑开挖至坑底时，承压水头需降至-21.2 m以下。

2 场地地质条件

2.1 地层条件

2.2 水文地质条件

3 降水方案设计

3.1 概述

基坑周边环境非常复杂，要求降水引起的地表沉降控制在允许范围内，以保证周边建筑及管线的安全。为了减轻对周边建筑物的影响，基坑先采用地下连续墙加三轴搅拌桩加高压旋喷桩的形式围护，然后再合理的计算涌水量、管井数及分布。

3.2 水文地质参数的选取及计算

根据抽水试验资料，场地承压含水层概化渗透系数K=15 m/d。影响半径根据以下经验公式确定：

(1)

其中，R为影响半径，m；S为管井中水位降深，9 m；K为承压含水层渗透系数，取15 m/d。计算得R≈348 m。

3.3 基坑涌水量的估算

基坑涌水量用大井法计算，承压非完整井公式如下：

(2)

R0=r0+R

(3)

其中，Q为基坑涌水量,m3/d；M0为含水层厚度，取24 m；S为基坑设计水位降深，取9 m(基坑深度皆取主楼的21.7 m)；r0为引用半径，取61 m(基坑概化为规则的方形，r0=0.59a，边长a≈103 m)；R0为含水层的引用补给半径，m。计算得Q≈10 693 m3/d。

3.4 单井最大允许出水量的估算

根据场地水文地质条件，降水井应深入地下S2f的砂岩中，完整井深为38 m，过滤器进水部分长度为16 m。管井的单井最大允许出水量可按下列规定确定：

(4)

其中，q为单井最大允许出水量，m3/d；D为过滤管直径，取0.273 m；l为过滤器进水部分长度，取16 m。计算得q≈1 098 m3/d。

管径数量和井间距按下式初步确定：

(5)

(6)

其中，n为管井数量；L为基坑周长，取412 m；α为基坑间距，m。代入式(3)，式(4)计算结果，n≈12，α=34 m。假设管井沿基坑边缘均匀布置，则组成的承压干扰完整井群对基坑中心点的降深可用如下公式计算：

(7)

其中，Ssum为基坑中心总降深，m；ri为管井到基坑中心点的距离，m。经验算，Ssum≈9.1 m，满足设计水位降深要求。井位的布置情况如图1所示。

3.6 降水井需满足的技术要求

1)采用冲击成孔，避免使用浓泥浆，防止泥浆堵塞滤水通道。钻机到位后，要安装稳正，钻孔开凿圆、正、直，井身倾斜度不超过1°。2)井管壁厚不得小于5 mm，滤水段开孔φ18 mm，开孔率不小于20%，包三层80目滤网，井管连接段密封可靠，井管居中，偏差不大于1 cm。3)滤料规格为1.0～3.0连续级配石英砂，动水投滤料，投放滤料时应沿井管连续均匀填入，要求密实。投粘土球止水应捣实，不架空，发现中间卡塞时应及时处理，并测量记录其位置和数量，以保证填封密实。4)自下而上逐段洗井，至水清砂净。基坑周边降水井的深井泵放置深度约25 m。5)抽水30 min(稳定流)取水样，含砂量控制在1/50 000以下。如抽水超过3个月时含砂量应小于1/100 000。成井完后，应立即采用活塞洗井，保证水位变化灵敏。 降水井结构图见图2。

4 降水引起地表沉降估算

基坑开挖及降水后，承压水位降低使周边土层产生附加荷载而导致相应的沉降[2]，从而引起周边建筑的变形破坏。根据规范，承压水引起的最大沉降可用下式估算：

(8)

其中,Sω为降水引起的地面沉降值，cm；Ms为沉降计算经验系数，取经验值0.30～0.90；Δσi为水位下降引起的各地层有效应力增量,kPa；Δhi为受降水影响的各地层厚度,cm；Esi为各地层的压缩模量,MPa；n为计算的地层层数。

用理正软件通过式(8)计算得周边水位下降引起建筑物各点最大沉降量4.1 cm，最小沉降量2.9 cm。经大量武汉工程实践表明：在粘性土层中，降水时间达180 d，其固结度不超过20%，其沉降量在降水启动后，沉降滞后效应非常明显，在合理的降水设计和良好的施工质量的前提下，降水引起的地面沉降量一般小于预测计算值，且沉降比较均匀[3]。因此，在基坑开挖过程中，降水应遵循“按需降水，分层降水”的原则，并切实监视地下水位和地面沉降、地面变形，以便作出应急反应。

5 结语

基坑工程是系统工程，基坑降水设计需要结合场地各种地质环境条件。后期群井降水3 d后达到预期降水目标，说明本次基坑降水设计基本满足工程要求。通过本文研究，总结以下几点经验：1)管井降水在长江边上砂土含水层中有较好的效果，可为该地区基坑降水设计提供参考。2)管井降水设计合理性的前提是地质资料的准确性。准确的地质资料提供准确的设计参数，故地质勘察是后续工作的基础。3)合理的概化计算模型是降水设计的关键。本次基坑降水设计中将含水层概化为均值各向同性，基坑概化为方形，基坑深度皆取以主楼为准，沉降量计算中将压缩模量相近的粘土层合并。 4)基坑降水引起地面沉降是不可避免的，需要采取相应的措施及应急预案。本次设计中采取地下连续墙止水帷幕，然后再布置管井抽水。抽水过程中随时监测水位降深及周边地面沉降，随时调整抽水措施。

[1] 王 蓉.西安地铁五路口车站基坑降水设计[J].山西建筑，2009,35(27):111-112.

[2] 金小荣，俞建霖.基坑降水引起周围土体沉降性状分析[J].岩土力学，2005,26(10):1575-1581.

[3] 何 爽，冯晓腊.长江隧道深基坑降水技术的应用[J].山西建筑，2007,33(34):24.

[4] 张永波，孙新忠.基坑降水工程[M].北京:地震出版社，2000.

Dewatering design analysis of a deep foundation pit of a building in Wuhan

Yu Xiaoguo

(Wuhan Geological Survey Foundation Engineering Limited Company, Wuhan 430070, China)

According to the geological condition of a deep foundation pit of a building in Wuhan, and the dewatering scheme of foundation pit is designed. Analyzed the precipitation wells into hole process and technology, and the influence of dewatering on the surface settlement is also evaluated. The results show that the design meets the expected goals of dewatering precipitation.

deep foundation pit, dewatering scheme, surface settlement, geological condition

1009-6825(2016)34-0060-02

2016-09-27

余小国(1974- )，男，硕士，高级工程师

TU463

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